新疆几种杨树品种纤维形态分析

潘存娥（凉州区林业技术推广中心，甘肃 武威 733000）

新疆几种杨树品种纤维形态分析

潘存娥
（凉州区林业技术推广中心，甘肃 武威 733000）

为了探索出最适合新疆地区内的造纸杨树品种，对新疆生长的意大利杨、波兰杨、小×黑杨、额尔齐斯河杨等10个杨树品种木材纤维形态等特征进行了观测，通过对品种间不同部位木材纤维的长度、宽度、长宽比、内腔径及双壁厚、壁腔比等的WINCELL分析表明，品种间纤维形态存在着显著差异，10个杨树品种中额尔齐斯河杨、辽河19杨为较优质的造纸品种。

杨树；木材纤维；形态分析

杨树是我国主要速生造林树种之一，木材主要用作建筑、板料、火柴杆和纸浆造纸等。木纤维形态特征的大小直接决定着木材的物理、力学性质，尤其是制浆造纸方面，纤维形态特征大小关系着制浆造纸的质量好坏，纸张耐折度，抗拉度等［1］。而纤维形态特征的大小在不同树种间存在着明显的差异。为在繁多的杨树中筛选出最适合做优质纸张的造纸树种提供科学依据，本研究对新疆区域内分布较多的10个杨树品种木纤维形态进行了观测，并应用数据软件对数据进行了科学的分析研究。

1 试验材料

1.1 试验品种

试验选用10个品种分别是白×黑466杨、彰杂杨、波兰杨、杂交21优杨、额尔齐斯河杨、小×黑杨、北京杨、意大利杨、念珠杨及辽河19杨。

1.2 材料采集

供试材料均采自玛纳斯平原林场，树龄20年。采样方法：在每个杨树品种中，选择有代表性的样木3株，伐倒后分别在树高1.3 m处截取一个厚6 cm的圆盘。用生长锥分别在圆盘的边材和心材部分钻取，将钻取的圆柱状小木条分别按品种、部位编号标识，再从木条上截取长约1.0～1.5 cm的小段，劈成火柴棒状的大小，用做纤维离析，剩余部分用做纤维横切分析［2-3］。

2 试验方法

2.1 纤维长宽测定

将事先准备好的火柴棒大小的小木条按品种、心材、边材分别放入贴有分类编号标签的试管内，加50%硝酸以浸没试材为宜。放在60 ℃水浴锅中解离8～10 h，用玻璃棒轻按小木条，以木条变软，搅拌时能解出纤维作为解离好的标志。将解离好的样品用自来水反复冲洗至中性［4-6］。加入适量的自来水用玻璃棒搅拌，直到木条被均匀搅散，呈絮状，再加入适量自来水对解离好的纤维进行稀释（浓度太大，纤维相互交错，看不清楚纤维的个体形态，不利于显微镜下观测）。用吸管取少许漂洗后含纤维的液体放在载玻片上，滴1滴番红染色，盖上盖玻片，在显微镜10倍镜下观察，初步确定切片是否合格［7］。纤维形态清晰完整的则为成功切片，即能够看到完整的纤维长度和宽度。每个离析样品制作4个切片，用木细胞分析仪器（WINCELL软件）采集杨树纤维的图像信息，并用木细胞分析系统测定纤维长度和宽度指标。每个切片观测10个长度和宽度数据，纤维长度量取完整纤维端间距离，宽度在纤维中部最宽处量取。每个样品测定30根纤维的长度和宽度数据。

2.2 纤维壁厚度测定

选取横切面装片，用木细胞分析仪器采集杨树纤维的横切图像信息，并用木细胞分析系统测定纤维的壁厚。

3 数据处理

数据利用Excel进行归类整理。整理出各品种及品种内部心材和边材的长、宽、长宽比、双壁厚、内腔径、壁腔比等值。计算出心材和边材，双壁厚、内腔径各项指标的变异系数，及a=0.05时的主要纤维尺度区间估计值。用Excel和SDSD统计软件对品种间的长度、宽度、长宽比，进行方差分析。所用公式如下：

4 结果与测定

4.1 测定结果

对纤维形态差异及排序观测结果表明，各供试品种之间纤维长度因品种及在树干上径向部位的不同而存在差异。各供试品种的心材与边材比较，边材纤维长度明显大于心材纤维长度。每种杨树的纤维宽度基本上与长度呈正相关，即纤维长度大宽度也较大。边材部分的平均纤维宽度均大于心材部分的平均宽度，这与纤维长度的变异规律一致。所测样品的纤维长度最小为319.8 μm，出现在意大利杨的心材中，最大值为1 791.1 μm，出现在辽河19杨的边材中。宽度最大值为52.3 μm，最小值为10.2 μm。纤维的长宽比为纤维长度总平均值与纤维宽度总平均值之比。各供试品种不同部位的长宽比也不尽相同。最小值为35.6，最大值为46.2。根据造纸要求中木材纤维宜细而长，其长宽比应大于30且越大越好，总的来说各供试品种就长宽比这项指标都符合造纸要求。每个品种边材部分的长宽比平均值比心材部分要大。各供试品种纤形态观测计算结果列于表1。

表1 供试品种纤维形态测定结果

根据造纸要求中的长宽比、壁腔比的标准，对于一个品种纤维质量优劣不是只凭单方因素判断，而是通过纤维的长度、长宽比、壁腔比来综合衡量的［8］。如：辽河19杨的纤维长和宽都排名较前，而它的长宽比、壁腔比排名靠后，说明该品种纤维又长又宽，且细胞壁厚。与造纸中纤维宜细宜长，且壁腔比小的要求不相符，综合各项指标它就不是最优。

4.2 结果分析

4.2.1 主要纤维尺度区间估计

将观测数据按照“T检验”方法，对每个品种的纤维长度和宽度、双壁厚、内腔径按心材和边材进行了总体平均数区间估计，确定了总体平均数所在区间。所计算出的数值区间有95%的可靠性，基本上可以代表该品种总体。现将计算结果列于表2。

表2 主要纤维尺度总体平均数区间估计值 μm

4.2.2 不同品种纤维形态差异分析

观测数据已经表明，品种间的纤维形态存在着差异。为了进一步确定这些差异的显著程度，实验用SDSD统计软件对纤维长度、长宽比进行了方差分析。各供试品种纤维长度，在0.05的显著水平下，辽河19杨与其他9个品种差异都显著；波兰杨与意大利杨，小×黑、念珠杨差异不显著，但与其他品种差异显著；白×黑466杨与额尔齐斯河杨、北京杨、彰杂杨、杂交21优杨存在显著差异；额尔齐斯河杨，北京杨，彰杂，杂交21优杨差异不显著。在0.01的水平下，辽河19杨与其他9个品种差异极显著；念珠杨、额尔齐斯河杨、杂交21、白×黑466杨、彰杂杨之间差异不显著；波兰杨与意大利杨、念珠杨、小×黑的差异未达到极显著水平（表3）。

表3 长度多重比较结果(LSD法)

各供试品种纤维的长宽比在0.05的显著水平下，意大利杨与其他9个品种存在显著差异；波兰杨与额尔齐斯河杨差异不显著，与其它品种差异显著；小×黑杨与彰杂杨、杂交21优杨、念珠杨、辽河19杨、北京杨、白×黑杨之间差异不显著。在0.01的显著水平下，意大利杨、波兰杨、额尔齐斯河杨与其他品种差异达到极显著水平；小×黑、彰杂杨之间差异不显著，与其它品种差异极显著；杂交21优杨、念珠杨、辽河19杨、北京杨、白×黑466杨差异不显著（表4）。

表4 长宽比多重比较结果(LSD法)

4.2.3 不同品种纤维综合评价

纤维长度、宽度、长宽比和壁腔比等形态指标是评价木材制浆性能的重要依据［9］。纤维越长，长宽比越大，纸张的纤维交接点就会相应增加，从而提高了纸张各项物理力学性能，尤其是纸张的裂断长和撕裂度［10］。壁腔比越大说明纤维柔韧性好，易聚合；纸张纤维沉积数目越大，纤维结合越紧密［11］。

采用模糊数学的隶属函数法［12］对各供试品种纤维测定指标进行综合评定，结果见表5。综合评定指数值作为纤维造纸纸张性能的综合鉴定标准，该值越大，该杨树纤维造纸纸张性能越好。具体计算公式如下：

若指标i与纸张性能呈正相关：U（xi）=（xixmin）（xmax-xmin）；

若指标i与纸张性能为负相关：U（xi）=1-［（xi-xmin）/（xmax-xmin）］。

式中U（xi）为隶属函数值，xi为i指标测定值，xmax、xmin为所有纤维指标i的最大值和最小值。

从这个综合评价指标可以看出，各供试品种纤维造纸纸张性能为：额尔齐斯河杨>辽河19杨>小×黑杨>波兰杨>北京杨>意大利杨>彰杂杨>念珠杨>杂交21优杨>白×黑466杨。

表5 10种杨树纤维指标综合评价

5 结论

1）纤维长度是评定造纸原料品质优劣的重要指标。各供试品种的木材纤维长度平均值在878.82～1 110.90 μm，按国际木材解剖学会规定（900～1 600 μm）属中等长度偏下，在阔叶材中属较长的，均可作造纸纤维原料。

2）造纸要求纤维长宽比不低于30，各供试品种的木材纤维长宽比为35.6～46.2，均大于30，完全符合造纸原料的要求［13］。纸张性能研究结果表明，木材纤维原料壁腔比小于1是上好原料；等于1是中等原料；大于1是劣等原料。10种杨树木材的壁腔比在0.3～0.5之间均小于1，为上等原料。

3）纤维形态数据分析表明，各供试品种的心材和边材的纤维长度和宽度均有极显著的差异，边材的纤维长，品质较心材为优。

4）根据各供试品种纤维长度、宽度、长宽比、双壁厚、内腔径、壁腔比进行综合评价，发现在研究的供试品种中额尔齐斯河杨最优，白×黑466杨最差。若培育造纸用材，选额尔齐斯河杨、辽河19杨为好。

［1］ 马耀驭. 东北三种杨树木材化学成分及纤维形态值［G］.中国林学会杨树学术会议论文集，1964.

［2］ 刘瑞，李炎. 几种杨树木材纤维形态分析［J］. 林业科技，1997，22（4）：42-45.

［3］ 柴修武，安学惠. 6个无性系杨树木材性质的研究［J］. 林业科学研究，1993，6（5）：569-572.

［4］ 朱教君，姜凤岐，曾其蕴. 杨树林带木材纤维长度变化规律及其在经营中的应用［J］. 林业科学，1994，30（1）：56-60.

［5］ 廖盛昌，张林，查旭. 新疆8种杨树木材纤维长度和宽度的研究［J］. 八一农学院学报，1992（4）：56-61.

［6］ 黄慧，黄小春，王小东，王玉. 6种江西常见速生阔叶材纤维形态及材性比较［J］. 南方林业科学，2016，44（2）：52-55.

［7］ 李晶，王福森，李树森，贯春雨，王春，温宝阳. 黑龙江省主要杨树纤维用材品种纸浆性能综合评价［J］. 防护林科技，2013（3）：17-20.

［8］ 屈维钧. 制浆造纸实验［M］. 北京：中国轻工业出版社，1993.

［9］ 陈乐蓓，宋国宝，周亮. 不同条件下杨树材性和制浆造纸性能［J］. 林产加工与利用，2015，29（5）：81-85.

［10］ 杨淑蕙. 植物纤维化学（第3版）［M］. 北京：中国轻工业出版社，2001：56-69.

［11］ Barnett JR， Jeronimidis G. Wood quality and its biological basis ［M］. London: Wiley-Blackwell，2003: 154-169.

［12］ 胡永宏，贺思辉. 综合评价方法［M］. 北京：科学出版社，2000：1-249.

［13］ 朱蕙方，李新时. 数种速生树种的木材纤维形态及其化学成分的研究［J］. 林业科学，1962（4）：235-267.

Morphological Analysis of the Fibers of Populus in Xinjiang

PAN Cun-e
（Liangzhou Forestry Technology Popularization Center of Wuwei， Wuwei Gansu 733000， China）

In order to explore the most suitable paper poplar trees Xinjiang region， we observed the wood fiber morphological characteristics of ten of poplar varieties， respectively are Populus euramevicana ‘I-214’， Populus×canadensis ‘Polska15A’， Populus×xiaohei， Populus×jrtyschensis and so on. Through the WINCELL analysis of different parts of the wood fiber length， width， aspect ratio， lumen diameter and double wall thickness， wall cavity ratio， the results show that fiber morphology there exists a significant difference between different varieties， Populus×jrtyschensis and Populus×liaohenica ‘I-19’ are more high quality paper tree species.

Populus； wood fiber； morphological analysis

TS71+2

A

10.3969/j.issn. 1006-0960.2016.02.009

1006-0960（2016）02-0022-05

2016-06-13

潘存娥（1982—），女，甘肃民勤人，林业工程师，硕士，主要从事经济林栽培及林业技术研究、推广等研究。Email: pce426@126.com